DE2003729A1

DE2003729A1 - Rotating electric machine

Info

Publication number: DE2003729A1
Application number: DE19702003729
Authority: DE
Inventors: Peter Stanwell
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1969-01-24
Filing date: 1970-01-23
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FR2031203A5

Description

Our sign; P 20j? 1

Umlaufende elektrische MaschineRotating electric machine

Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende elektrische Maschinen, deren Rotoren gemäß der Erfindung Toroidwicklungen tragen.The invention relates to rotating electrical machines, the rotors of which according to the invention are toroidal windings wear.

Der Rotor kann die Form einer ringförmigen Scheibe oder einer Hülse oder hohlen Schale haben, die die Toroidwicklung trägt. Die Wicklung kann eine einfache fortlaufende V/icklung sein, bei der die aufeinanderfolgenden Windungen Seite an Seite aneinanderliegen oder sie kann eine fortschreitende oder rückschreitende Wellenwicklung sein.The rotor may be in the form of an annular disc or a sleeve or hollow shell containing the toroidal winding wearing. The winding can be a simple continuous winding in which the successive turns Lying side by side or they can be progressive or receding wave winding.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Maschine ein Motor mit Bürsten sein, die direkt auf der Toroidwicklung oder auf mit dieser verbundenen KommutatorSegmenten aufliegen. Die einzelnen Windungen können durch eine isolierende Beschichtung der Wicklung gegen die Nachbarwindungen isoliert sein. Die Isolierung kann an einzelnen Stellen entfernt sein, um einen Kontakt mit den Bürsten oder eine Verbindung mit dem Kommutator zu ermöglichen. Auf diese Weise kann eine Gleichstromkommutatormaschine hergestellt werden.According to one embodiment of the invention, the machine can be a motor with brushes which rest directly on the toroidal winding or on commutator segments connected to it. The individual turns can be isolated from the neighboring turns by an insulating coating on the winding. The insulation can be removed in individual places to allow contact with the brushes or connection with the commutator. In this way, a DC commutator machine can be manufactured.

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Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung kann die Maschine ohne Bürstengestell für Wechselstrombetrieb nach dem Prinzip des Induktionsmotors verwendet werden.According to another embodiment of the invention can the machine can be used without a brush frame for alternating current operation based on the principle of the induction motor.

Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, und zwar sind:The drawing shows some exemplary embodiments according to the invention, namely:

Fig.1 eine allgemeine schematische, schaubildliche Darstellung eines Teiles eines Gleichstromelektromotors ,1 shows a general schematic, diagrammatic representation part of a direct current electric motor,

Fig.2 und 3 eine Vorder- bzw. Seitenansicht eines scheibenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt,Figures 2 and 3 are front and side views, respectively, of a disc-shaped one Rotor, which carries a toroidal wave winding,

Fig.4 eine schaubildliche Ansicht eines hülsenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt,4 is a perspective view of a sleeve-shaped rotor, which carries a toroidal wave winding,

Fig.5 eine Abwicklung des hülsenförmigen Rotors der Fig.4,FIG. 5 a development of the sleeve-shaped rotor of FIG. 4,

Fig.6 eine schaubildliche Ansicht eines hülsenförmigen. Rotors, der eine Wellenwicklung trägt, die mit den Segmenten eines Kommutators verbunden ist,6 is a perspective view of a sleeve-shaped. Rotor carrying a wave winding connected to the segments of a commutator,

Fig.7 eine schematische Schnittdarstellung eines Motors mit einem scheibenförmigen Rotor und7 shows a schematic sectional illustration of an engine with a disc-shaped rotor and

Fig.8 eine schematische Schnittdarstellung eines Motors mit einem hülsenförmigen Rotor.8 shows a schematic sectional illustration of an engine with a sleeve-shaped rotor.

Gemäß Fig.1 besteht ein Motor aus einer Rotorscheibe 1 aus weichem Eisen, die durch Paketieren und Zusammenkleben mehrerer Bleche gebildet ist. Eine Wicklung 2, von der nur ein Teil gezeigt ist, ist toroidförmig auf die Rotorscheibe 1 gewickelt und sie besteht aus isoliertem Kupferdraht, der in dem Bereich der Bürsten 3 und 4 blank ist, um eine kreis förmige Bahn zu bilden, auf der die Bürsten einen elektri- According to Figure 1, a motor consists of a rotor disk 1 made of soft iron, which is formed by stacking and gluing together several sheets. A coil 2 is shown of which only a part is toroidally wound on the rotor disk 1 and is composed of insulated copper wire which is bare in the region of the brushes 3 and 4, to form a circular path on which the brushes an electric

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sehen Kontakt herstellen. Der Draht kann in dem Bereich der Bürsten in zwei oder drei Lagen ubereinanderliegen und fächerförmig nach außen laufen, um an der Rotorscheibe an deren Umfang flach anzuliegen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann durch das Wickeln nur einer einzelnen Lage in dem Bereich der Bürsten eine sich im weiteren Abstand befindliche und einfache Wicklung hergestellt werden. Der Rotor wird von einer Mittelnabe 5 getragen, an der eine Antriebswelle 6 befestigt ist und in diesem Ausführungsbeispiel sind feste Magnetpolstücke vorgesehen, die durch ein Paar hufeisenförmige Magnete 7 und 8 gebildet werden.see make contact. The wire can be in the area of the brushes lie on top of each other in two or three layers and fan outwards to the rotor disk to lie flat on the circumference. According to another embodiment, by winding only a single Position in the area of the brushes a further distance and simple winding can be made. The rotor is carried by a central hub 5 on which a drive shaft 6 is fixed and in this embodiment fixed magnetic pole pieces are provided which formed by a pair of horseshoe-shaped magnets 7 and 8 will.

In der schematischen Darstellung ist ein Gehäuse nicht gezeigt. Dieses kann eine beliebige gewünschte Form haben, um die Polstücke 7 und 8 und die Lager für die Welle 6 aufzunehmen.A housing is not shown in the schematic illustration. This can have any desired shape, around the pole pieces 7 and 8 and the bearings for the shaft 6 to record.

Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung, wenn die Scheibe aus beliebigem anderem Material, beispielsweise Ferrit, hergestellt ist. Beispielsweise kann auch eine Mehrzahl von Polstücken mit einem entsprechenden Bürstengestell vorgesehen sein und gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können die Polstück^ wenigstens eine Wicklung tragen.It also falls within the scope of the invention if the disk is made of any other material, for example ferrite, is made. For example, a plurality of pole pieces with a corresponding brush frame can also be provided and according to another embodiment, the pole pieces ^ can carry at least one winding.

Gemäß Fig.2 und 3 ist beispielsweise eine Isolierscheibe 9 aus Glasfaser mit einer Toroidwellenwicklung 10, von der nur ein Teil gezeigt ist, versehen. Der Beginn der Wicklung ist mit "11 bezeichnet und der Wickelschritt beträgt 90°. Der Beginn der fünften Windung ist mit 12 bezeichnet und diese ist vor den Anfang der ersten Windung 11 aufgelegt, so daß die Wicklung in der durch den Pfeil 13 gezeigten Richtung aufgebaut wird. Die Wicklung ist für eine achtpolige Maschine geeignet und ist eine fortlaufende Wellenwicklung, d.h. der Aufbau der Windungen» wie er durch denAccording to FIGS. 2 and 3, for example, an insulating washer 9 made of glass fiber is provided with a toroidal wave winding 10, only part of which is shown. The beginning of the winding is denoted by "11" and the winding pitch is 90 °. The beginning of the fifth turn is denoted by 12 and this is placed before the beginning of the first turn 11, so that the winding is built up in the direction shown by arrow 13 The winding is suitable for an eight-pole machine and is a continuous wave winding, ie the structure of the windings »as it is through the

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Pfeil 13 gezeigt ist, erfolgt in der Wicklungsrichtung. Die Wicklung kann ebenso gut in der entgegengesetzten Richtung aufgebaut sein, wobei dann die fünfte Windung auf der anderen Seite der ersten V/indung 11 liegt und diese Wicklung wird dann als rückschreitende Wellenv/icklung bezeichnet. Die Wicklung ist als ununterbrochene Wicklung ausgeführt und ihr Beginn ist mit dem Ende verbunden. Nach der Herstellung der Scheibe 9 mit der vollständigen Wicklung wird ein von einer Welle 15 gehaltener Nabenteil 14 damit mit einem Zusatz oder einer Füllung von Klebstoff 16 verbunden. Der Bereich der Wicklung um den inneren Umfang der ringförmigen Scheibe 9 kann von der Isolierung befreit sein und es können Bürsten angeordnet sein, die unmittelbar auf der Wicklung aufliegen. Auch kann auf dem Nabenteil 14 ein gesonderter Kommutator vorgesehen werden. Es kann eine beliebige Statoranordnung mit der gleichen Zahl von Polen wie bei dem Rotor verwendet werden und eine solche Anordnung ist in Fig.7 beschrieben. Arrow 13 is shown in the winding direction. The winding can just as easily be constructed in the opposite direction, in which case the fifth turn is on the other side of the first winding 11 and this winding is then called a receding wave winding designated. The winding is designed as a continuous winding and its beginning is connected to the end. After the production of the disc 9 with the complete A hub part 14 held by a shaft 15 is wound with an additive or a filling connected by adhesive 16. The area of the winding around the inner circumference of the annular disc 9 can vary from the insulation can be exempted and brushes can be arranged that lie directly on the winding. A separate commutator can also be provided on the hub part 14. Any stator arrangement can be used with the same number of poles as used in the rotor and such an arrangement is described in Fig.7.

Gemäß dieser Fig. besteht der Motor aus einem äußeren Gehäuse 26, das ein Lagerpaar 27 und 28 trägt, in dem die Motorwelle 29 drehbar gelagert ist. An der Welle 29 ist ein Scheibenrotor befestigt, der eine in den Fig.2 und beschriebene Wicklung trägt. Der Rotor besteht aus einem bewickelten scheibenförmigen Ring 31, der mit der Welle 29 über eine Nabe 32 verbunden ist. Der Rotorwicklung wird Strom über ein Bürstenpaar 33»34, das einen direkten Kontakt mit der Wicklung herstellt, zugeführt. Der Magnetkreis des Motors wird durch einen ringförmigen Weicheisenteil 35 gebildet, der an dem Gehäuse 26 auf einer Seite des Rotors 30 angebracht ist,und Permanentmagnetpolstücke 36 sind durch eine Platte 37 gehalten, die an dem Gehäuse 26 an der anderen gegenüberliegenden Seite des Rotors befestigt ist. Die gezeigte Maschine ist eine achtpoligeAccording to this figure. The motor consists of an outer housing 26 which carries a pair of bearings 27 and 28 in which the Motor shaft 29 is rotatably mounted. On the shaft 29, a disk rotor is attached, the one shown in FIGS winding described carries. The rotor consists of a wound disc-shaped ring 31, which is attached to the shaft 29 is connected via a hub 32. The rotor winding is powered by a pair of brushes 33 »34, which have a direct Establishes contact with the winding, supplied. The magnetic circuit of the motor is created by an annular soft iron part 35, which is attached to the housing 26 on one side of the rotor 30, and permanent magnet pole pieces 36 are held by a plate 37 attached to the housing 26 on the other opposite side of the rotor is attached. The machine shown is an eight pole

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Maschine, von der nur vier Pole J6a - 36d in der Zeichnung dargestellt sind. Es kann aber auch eine beliebige andere Polzahl vorgesehen werden. Obwohl in diesem Beispiel Permanentmagnetpolstücke nur auf einer Seite des Rotors vorgesehen sind, können diese auch auf beiden Seiten des Rotors vorhanden sein.Machine, of which only four poles J6a - 36d in the drawing are shown. Any other number of poles can also be provided. Although permanent magnet pole pieces in this example are only provided on one side of the rotor, this can also be done on both sides of the rotor to be available.

Ein Mangel der in den Fig.2, 3 und 7 beschriebenen Anordnung besteht darin, daß eine ebene Wicklungsunterbringung auf der ringförmigen Rotorscheibe nicht möglich ist, da die radiale Form der Wicklung zur Folge hat, daß sich der Draht auf dem inneren Umfang der Scheibe massiert, während auf dem äußeren Umfang Lücken verbleiben. Dieser Mangel kann durch die Vervrendung eines zylindrischen, hülsenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt, vermieden werden.A deficiency in the arrangement described in FIGS is that a flat winding accommodation on the annular rotor disk is not possible because the radial shape of the winding results in the wire massaging on the inner circumference of the disc while gaps remain on the outer circumference. This deficiency can be caused by the use of a cylindrical, sleeve-shaped Rotor, which carries a toroidal wave winding, can be avoided.

Gemäß Fig.4 trägt ein zylindrischer, hülsenförmiger Rotor 17 eine Wicklung 18, von der nur ein Teil gezeigt ist, die in diesem Beispiel eine rückschreitende Wellenwicklung ist. Die Bewicklung beginnt an dem Punkt 19 und wird im Uhrzeigersinn ausgeführt, um eine achtpolige Wicklung zu bilden, wobei die V/indungen sich winkelgleich um den hülsenförmi- gen Rotor mit einem V/ickeIschritt von 90° verteilen. Der Beginn der fünften Windung ist am Punkt 20 gezeigt und somit kann die Wicklung in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gemäß der rückschreitenden Wellenwicklungsform aufgebaut werden.According to FIG. 4, a cylindrical, sleeve-shaped rotor 17 carries a winding 18, only a part of which is shown, which in this example is a receding wave winding. The winding begins at the point 19 and runs in a clockwise direction, to form an eight-pole winding, the V / indungen be equiangularly distributed around the sleeve-shaped rotor with a V / ickeIschritt of 90 °. The beginning of the fifth turn is shown at point 20 and thus the winding can be built up in a counterclockwise direction according to the receding wave winding shape.

Fig.5 zeigt eine Abwicklung der bewickelten Hülse I7» die einen Teil der rückschreitenden Wellenwicklung trägt und hier ist deutlich zu erkennen, daß die Wicklung in der Richtung des Pfeiles 21 gewickelt ist und in der entgegen gesetzten Richtung, wie durch den Pfeil 22 gezeigt, auf gebaut ist· Gemäß Fig.6 ist der hülsenförmige Rotor zur Drehung mit einer Welle 25 durch Stirnplatten 24 verbunden. FIG. 5 shows a development of the wound sleeve 17 which carries part of the receding wave winding and here it can be clearly seen that the winding is wound in the direction of arrow 21 and in the opposite direction, as shown by arrow 22, is built up · According to FIG. 6, the sleeve-shaped rotor is connected to a shaft 25 by end plates 24 for rotation .

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Die V/elle 23 hat. an einem Ende einen Kommutator 25 und die Segmente sind mit den zugehörigen Punkten der Wicklung verbunden. Beispielsweise können benachbarte Win-, düngen mit benachbarten Segmenten verbunden sein, so daß die Zahl der vorgesehenen Segmente ein Bruchteil der Anzahl der V/indungen auf dem Anker ist. So kann beispielsweise jede zweite Windung mit einem Ankersegment verbunden sein.The V / elle 23 has. at one end a commutator 25 and the segments are connected to the associated points of the winding. For example, neighboring win- fertilize be connected to adjacent segments so that the number of segments provided is a fraction of the number the tie is on the anchor. For example, every second turn can be connected to an armature segment be.

Der elektrische Kreis eines solchen Motors kann einen zweiteiligen Stator enthalten, der koaxial auf jeder Seite der zylindrischen Hülse gemäß Fig.8 angeordnet ist.The electrical circuit of such a motor may include a two-part stator coaxial on each side the cylindrical sleeve is arranged according to Figure 8.

Gemäß Fig.8 besteht ein Motor aus einem äußeren Gehäuse 38, in das Lager 39 und 40 eingesetzt sind. Eine Motorwelle 41 ist in den Lagern drehbar gelagert und trägt einen bewickelten, hülsenförmigen Rotor 42, dessen Wicklung in Fig.4 und 5 beschrieben ist. Der hülsenförmige Rotor is'j im allgemeinen zylindrisch und durch einen- Epoxyharzkleber mit der Motorwelle 41 über einen ringförmigen Einsatz 43 verbunden. Der elektrische Kreis für die Rotorwicklung wird durch ein Bürstengestell mit Bürsten 44 vervollständigt, die in diesem Beispiel einen direkten Kontakt mit der Wicklung herstellen. In einer anderen Ausführungsform kann, wie in Fig.6 gezeigt ist, ein Kommutator verwendet werden.According to FIG. 8, a motor consists of an outer housing 38 into which bearings 39 and 40 are inserted. A motor shaft 41 is rotatably mounted in the bearings and carries a wound, sleeve-shaped rotor 42, the winding of which is described in FIGS. The sleeve-shaped rotor is generally cylindrical and is connected to the motor shaft 41 via an annular insert 43 by an epoxy resin adhesive. The electrical circuit for the rotor winding is completed by a brush frame with brushes 44, which in this example make direct contact with the winding. In another embodiment, as shown in Figure 6, a commutator can be used.

Der Magnetkreis des Motors besteht aus einem hohlen, zylindrischen Teil 45 des Motorgehäuses 38 aus Weicheisen und aus Permanentmagnetpolstücken 46, wobei die Polstücke inner halb des hülsenförmigen Rotors angeordnet und an einer Stirnplatte 47 des Gehäuses 38 befestigt sind. Der gezeigte Motor ist eine achtpolige Maschine, wobei nur vier Pole 46a - 46d dargestellt sind.The magnetic circuit of the motor consists of a hollow cylindrical part 45 of the motor housing 38 made of soft iron and Permanentmagnetpolstücken 46, wherein the pole pieces are arranged within half of the sleeve-shaped rotor and an end plate 47 of the housing are attached 38th The motor shown is an eight pole machine with only four poles 46a-46d being shown .

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Es sei bemerkt, daß die oben genannten Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung nur Musterformen darstellen und daß im-Rahmen der Erfindung Veränderungen und Abwandlungen für die beschriebenen Anordnungen ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Stellung der koaxialen Statorteile vertauscht werden, wobei dann die Permanentfeldmagnete außerhalb der Hülse und die Eisenteile innerhalb der Hülse angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform können die Magnete auf jeder Seite der Hülse angeordnet werden. Es sei bemerkt, daß in jedem Fall, in dem ein Permanentmagnet verwendet wird, dieser auch durch einen bewickelten Elektromagneten ersetzt werden kann.It should be noted that the above-mentioned embodiments represent according to the invention only sample forms and that within the scope of the invention changes and modifications can be carried out for the arrangements described. For example, the position of the coaxial Stator parts are interchanged, in which case the permanent field magnets outside the sleeve and the iron parts are arranged within the sleeve. In another embodiment, the magnets can be on each Side of the sleeve can be arranged. It should be noted that in each case where a permanent magnet is used, this can also be replaced by a wound electromagnet.

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Claims

1.) Rotating electrical machine, characterized by a rotor with a toroidal winding.

2. Rotating electrical machine according to claim 1, characterized in that the rotor consists of an annular There is a disc that carries a toroidal winding.

3. Rotating electrical machine according to claim 1, characterized in that the rotor consists of a hollow sleeve, which carries a toroidal winding.

4. Rotating electric machine according to claim 2, characterized in that characterized in that the winding is a simple continuous winding.

5. Rotating electric machine according to claim 2 or 3 » characterized in that the winding is a progressive wave winding.

6. Rotating electrical machine according to claim 2 or 3 »characterized in that the winding has a retrograde step Wave winding is.

7. Rotating electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the machine is a motor with brushes resting directly on the toroidal winding.

8. Rotating electrical machine according to one of claims 1-6, characterized in that the machine is a motor with brushes that rest on commutator segments that are connected to the toroidal winding.

9. Rotating electrical machine according to claim 2, characterized

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characterized in that the winding is held on an annular rotor disc made of soft iron.

10. Rotating electrical machine according to claim 3 _} 5 or 6, characterized in that the sleeve-shaped rotor is arranged coaxially zv / ischen the parts of a two-part stator.

ο Rotating electrical machine according to claim 10, characterized characterized in that .die permanent magnet pole parts are arranged within the sleeve of the rotor and a Soft iron part is arranged outside of the rotor "

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